Спецификации персональных компьютеров

🕛 23.09.2009, 17:33

Хотя Intel полностью контролирует рынок аппаратных средств ПК, Microsoft также контролирует рынок ПК, предлагая перспективные операционные системы и серию документов, называемых РС хx Design Guides, - набор стандартных спецификаций, предназначенных для разработчиков аппаратных средств и программного обеспечения, создающих изделия (и программы) для работы с Windows. Требования в этих руководствах являются частью требований к изделиям с логотипом Designed for Windows (разработаны для Windows). Другими словами, если вы производите аппаратные средства или программный продукт и хотите украсить вашу коробку официальной эмблемой Designed for Windows, ваше изделие (программа) должно удовлетворять минимальным требованиям РС хx.

Ниже приведен список существующих документов.

Hardware Design Guide for Microsoft Windows 95 (Руководство разработчика аппаратных средств для Microsoft Windows 95).
Hardware Design Guide Supplement for РС 95 (Добавление к руководству разработчика аппаратных средств РС 95).
РС 97 Hardware Design Guide (Руководство разработчика аппаратных средств для РС 97).
РС 98 System Design Guide (Руководство системного разработчика по РС 98).
РС 99 System Design Guide (Руководство системного разработчика по РС 99).
РС 2000 System Design Guide (Руководство системного разработчика по РС 2000).
РС 2001 System Design Guide (Руководство системного разработчика по РС 2001).

Перечисленные руководства можно загрузить с Web-сервера компании Microsoft или с Web-сайта РС Design Guides (http://www. Pcdesguide.org).
В этих системных руководствах представлена информация для инженеров, проектирующих персональные компьютеры, платы расширения и периферийные устройства, которые будут использоваться с операционными системами Windows 95/98 и Windows NT/2000/XP. Требования и рекомендации по разработке ПК в этих руководствах лежат в основе требований, предъявляемых к получению эмблемы Designed for Windows для аппаратных средств, спонсором которой выступает Microsoft.
Кроме того, в этих руководствах приведены требования к системам базового уровня (настольным и переносным), рабочим станциям и даже к ПК для развлечений. Кроме того, в них рассматривается конфигурирование устройств Plug and Play и управление питанием в ПК, требования к универсальной последовательной шине (USB) и IEEE 1394, а также к новым устройствам, поддерживаемым Windows, включая новые возможности графических и видеоустройств, DVD, сканеров, цифровых камер и др.

Замечание

Обратите внимание, что эти руководства не предназначены для конечных пользователей; они будут полезны разработчикам аппаратного и программного обеспечения. В целом не нужно в точности следовать этим руководствам. В некотором роде они являются маркетинговым инструментом компаний Intel и Microsoft, с помощью которого те стремятся сохранить свой контроль над рынком аппаратного и программного обеспечения. Во многих случаях рынок диктует свои условия, и производители игнорируют данные руководства, для которых, тем не менее, год за годом продолжают выходить новые версии.
Для получения подробной информации о системной архитектуре ПК, соответствующей руководству PS 2001 System Design, посетите следующие Web-сайты:
обзор архитектуры платформы Microsoft - http://www.microsoft.com/hwdev/ platform/default.asp;
Web-сайт разработчиков Intel-совместимых платформ - http://developer.intel.com

Типы систем

Классифицировать ПК можно по нескольким (вообще говоря, большому числу) различным категориям. Я предпочитаю классифицировать ПК двумя способами: по типу программного обеспечения, которое они могут выполнять, и по типу главной шины системной платы компьютера, т.е. по типу шины процессора и ее разрядности. Поскольку в этой книге внимание концентрируется главным образом на аппаратных средствах, рассмотрим сначала именно такую классификацию.
Процессор считывает данные, поступающие через внешнюю соединительную шину данных процессора, которая непосредственно соединена с главной шиной на системной плате. Шина данных процессора (или главная шина) также иногда называется локальной шиной, поскольку она локальна для процессора, который соединен непосредственно с ней. Любые другие устройства, соединенные с главной шиной, по существу, могут использоваться так, как при непосредственном соединении с процессором. Если процессор имеет 32-разрядную шину данных, то главная шина процессора на системной плате также должна быть 32-разрядной. Это означает, что система может пересылать в процессор или из процессора за один цикл 32 разряда (бита) данных.
У процессоров разных типов разрядность шины данных различна, причем разрядность главной шины процессора на системной плате должна совпадать с разрядностью устанавливаемых процессоров. В табл. 2.2 перечислены все процессоры, выпускаемые Intel, и основные Intel -совместимые процессоры, указана разрядность их шины данных и внутренних регистров.

Говоря о разрядности процессоров, следует обратить внимание на то, что, хотя все процессоры Pentium имеют 64-разрядную шину данных, разрядность их внутренних регистров составляет только 32 бит и они выполняют 32-разрядные команды. Процессоры Intel Itanium и AMD Athlon 64 являются первыми Intel-совместимыми процессорами с 64-разрядными внутренними регистрами. Таким образом, с точки зрения программного обеспечения все чипы от 386 до Pentium III имеют 32-разрядные регистры и выполняют 32-разрядные инструкции. Однако, с точки зрения инженера-электронщика или физика, разрядность шины данных этих процессоров, работающих с 32-разрядным программным обеспечением, равна 16 (386SX), 32 (386DX, 486) и 64 (Pentium) разрядам. Разрядность шины данных - главный фактор при проектировании системных плат и систем памяти, так как она определяет, сколько битов передается в чип и из чипа за один цикл.
Процессор Itanium содержит набор команд новой 64-разрядной архитектуры Intel (IA-64), но может обрабатывать также те же 32-разрядные команды, что и все остальные процессоры, находящиеся в диапазоне от 386-го до Pentium 4. Процессор Athlon 64 создан на основе новой 64-разрядной архитектуры, совместимой с архитектурой x86 и при этом может эффективно использовать 32-разрядные программные инструкции, написанные для стандартных процессоров семейства x86, будь то процессоры Pentium 4 или Athlon XP.
Из табл. 2.2 следует, что абсолютно все процессоры Pentium, начиная от оригинального Pentium, Pentium MMX, Pentium Pro, заканчивая Pentium II/III/4 и совместимыми с ними процессорами AMD (K6, Athlon, Duron, Athlon XP и Athlon 64), имеют 64-разрядную шину данных.
На основе аппаратных средств можно выделить следующие категории систем:
8-разрядные;
16-разрядные;
32-разрядные;
64-разрядные.
С точки зрения разработчика, если не принимать во внимание разрядность шины, архитектура всех систем - от 16- и до 64-разрядных - в основе своей практически не изменялась. Более старые 8-разрядные системы существенно отличаются. Можно выделить два основных типа систем, или два класса аппаратных средств:
8-разрядные системы (класс РС/XT);
16/32/64-разрядные системы (класс АТ).

Здесь РС - это аббревиатура, образованная от personal computer (персональный компьютер), XT - eXTended PC (расширенный РС), а AT - advanced technology РС (усовершенствованная технология ПК). Термины РС, XT и AT, используемые в этой книге, взяты из названий первоначальных систем IBM. Компьютер XT - это практически тот же РС, но в нем в дополнение к дисководу для гибких дисков, который использовался в базовом компьютере РС для хранения информации, был установлен жесткий диск. В этих компьютерах использовались 8-разрядные процессоры 8088 и 8-разрядная шина ISA (Industry Standard Architecture - архитектура промышленного стандарта) для расширения системы. Шина - имя, данное разъемам расширения, в которые можно установить дополнительные платы. Шина ISA называется 8-разрядной потому, что в системах класса РС/XT через нее можно отправлять или получать только 8 бит данных за один цикл. Данные в 8-разрядной шине отправляются одновременно по восьми параллельным проводам.
Компьютеры, в которых разрядность шины равна 16 или больше, называются компьютерами класса АТ, причем слово advanced указывает, что их стандарты усовершенствованы по сравнению с базовым проектом и эти усовершенствования впервые были осуществлены в компьютере IBM AT. Обозначение AT применялось IBM для компьютеров, в которых использовались усовершенствованные разъемы расширения и процессоры (сначала 16-, а позже 32- и 64-разрядные). В компьютер класса АТ можно установить любой процессор, совместимый с Intel 286 или последующими моделями процессоров (включая 386, 486, Pentium, Pentium Pro и Pentium II), причем разрядность системной шины должна быть равна 16 или больше. При проектировании систем самым важным фактором является архитектура системной шины наряду с базовой архитектурой памяти, реализацией запросов прерывания (Interrupt ReQuest - IRQ), прямого доступа к памяти (Direct Memory Access - DMA) и распределением адресов портов ввода-вывода. Способы распределения и функционирования этих ресурсов у всех компьютеров класса АТ похожи.
В первых компьютерах AT использовался 16-разрядный вариант шины ISA, который расширил возможности первоначальной 8-разрядной шины, применявшейся в компьютерах класса РС/XT. Со временем для компьютеров AT было разработано несколько версий системной шины и разъемов расширения, в частности:
16-разрядная шина ISA/AT;
16-разрядная шина РСMCIA (Personal Computer Memory Card International Association), она же PC Card;
16/32-разрядная шина EISA (Extended ISA);
16/32-разрядная PS/2 шина MCA (Micro Channel Architecture);
32-разрядная шина VL-Bus (VESA Local Bus);
32/64-разрядная шина РСI (Peripheral Component Interconnect);
32-разрядная шина РСMCIA, она же Cardbus;
шина РСI Express;
шина ExpressCard;
32-разрядный графический порт AGP (Accelerated Graphics Port).
Компьютер с любой из упомянутых системных шин по определению относится к классу AT, независимо от того, установлен в нем процессор Intel или совместимый с ним процессор. Однако компьютеры AT с процессором 386 и выше обладают возможностями, которых нет в компьютерах AT первого поколения с процессором 286 (имеются в виду возможности адресации памяти, ее перераспределения и организации 32- и 64-разрядного доступа к данным). Большинство компьютеров с процессором 386DХ и выше имеют 32-разрядную шину и в полной мере используют все ее возможности.

С течением времени компьютерные системы стали оснащаться 16-разрядным ISA для обеспечения обратной совместимости с устаревшими адаптерами. Однако затем на смену разъемам ISA пришли разъемы PCI, а также разъемы AGP для установки производительных графических адаптеров. Уже в обозримом будущем разъемы PCI и AGP уступят место под солнцем шине PCI Express.
Эти и другие шины подробно описаны в главе 4, там же приведены их технические характеристики: разводки контактов, тактовые частоты, разрядность, принципы работы и т.д.
Основные различия между стандартами компьютеров классов РС/XT и AT приведены в табл. 2.3. Эта информация относится ко всем РС-совместимым моделям.
Таблица 2.3. Различия между компьютерами классов РС/XT и AT
Параметр компьютера Класс РС/XT Класс AT (16/32/64-разрядный)
(8-разрядный)
Поддерживаемый тип процессора x86 или x88 286 или выше
Режим процессора Реальный Реальный или защищенный (виртуальный на
процессорах 386 и выше)
Поддерживаемое программное обеспечение Только 16-разрядное 16- или 32-разрядное
Разрядность шин (разъемов) расширения 8 16/32/64
Тип шин Только ISA ISA, EISA, MCA, РС Card, Cardbus, VL-Bus, РСI
Аппаратные прерывания 8 (используется 6) 16 (используется 11)
Каналы прямого доступа к памяти (DMA) 4 (используется 3) 8 (используется 7)
Максимальный объем ОЗУ 1 Мбайт 16 Мбайт или 4 Гбайт и более
Скорость передачи данных (быстродействие) 250 Кбит/с 250/300/500/1 000 Кбит/с
контроллера гибкого диска
Стандартный загрузочный накопитель 360 или 720 Кбайт 1,2/1,44/2,88 Мбайт
Интерфейс клавиатуры Однонаправленный Двунаправленный
Стандарт на CMOS-память/часы Отсутствует Совместимость с MC146818
Тип последовательных портов UART 8250B 16450/16550A
Определить 8-разрядный компьютер РС/XT проще всего по 8-разрядным разъемам ISA. Какой бы процессор и другие компоненты не были установлены в системе, если все разъемы расширения являются 8-разрядными ISA, значит, система относится к классу РС/XT. Компьютер класса AT можно определить как IBM-совместимый с 16-разрядными или выше (32/64-разрядными) разъемами. Это могут быть разъемы ISA EISA, MCA, РС Card (называвшиеся раньше РСMCIA), Cardbus, VL-Bus или РСI. Используя эту информацию, вы сможете правильно определить класс фактически любой системы, будь то РС/XT или AT. В действительности системы класса РС/XT (8-разрядные) уже много лет не выпускаются. Фактически любая современная система основывается на проекте класса AT.

Компоненты системы

Современный ПК одновременно и прост и сложен. Он стал проще, так как за минувшие годы многие компоненты, используемые для сборки системы, были интегрированы с другими компонентами, и поэтому количество элементов уменьшилось. Он стал сложнее, так как каждая часть современной системы выполняет намного больше функций, чем в более старых системах.
Все компоненты кратко описаны в табл. 2.4, а более подробное описание вы найдете в соответствующих главах.
Таблица 2.4. Основные компоненты ПК Компонент Описание
Системная плата Является центральной частью системы, к которой подключаются все аппаратные компоненты
ПК. Системные платы подробно рассматриваются в главе 4 Процессор Это ‘‘двигатель’’ компьютера. Его называют также центральным процессором или CPU (central
processing unit).

Компонент
Описание
Оперативная память
Корпус
Блоки питания
Дисковод гибких дисков
Накопитель на жестких
дисках
Накопитель
CD-ROM/DVD-ROM
Клавиатура
Мышь
Видеоадаптер*
Монитор (дисплей) Звуковая плата*
Сеть/модем*
Память системы часто называется оперативной или памятью с произвольным доступом (Random
Access Memory - RAM). Это основная память, в которую записываются все программы и данные,
используемые процессором во время обработки.
Это рама или шасси, внутри которой размещается системная плата, блок питания, дисководы,
платы адаптеров и любые другие компоненты системы.
От блока питания электрическое напряжение подается к каждому отдельному компоненту ПК.
Прост, недорог и позволяет использовать сменный магнитный носитель. Во многих современных
системах используются устройства на базе флэш-памяти, а также магнитных носителях иных
типов.
Жесткий диск - самый главный носитель информации в системе.
Накопители CD-ROM (Compact Disc - компакт-диск) и DVD-ROM (Digital Versatile Disc цифровой универсальный диск) представляют собой запоминающие устройства относительно
большой емкости со сменными носителями с оптической записью информации.
Это основное устройство ПК, которое с самого начала было создано для того, чтобы
пользователь мог управлять системой.
Служит для управления отображением информации, которую вы видите на мониторе.
Это устройство дает возможность ПК генерировать сложные звуки.
Многие модели ПК сразу оснащены сетевым адаптером, а порой еще и модемом.
* Эти адаптеры могут быть встроенными в системную плату, что характерно для многих дешевых систем.